基于模糊自抗扰的永磁同步电机直接转矩预测控制策略

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电动汽车通常采用永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)驱动行驶,对环境影响相对内燃机较小,是汽车工业未来发展方向。直接转矩控制技术凭借对电机参数依赖小、不需要复杂的坐标变换、控制结构简单、动态性能好等优点,在PMSM驱动控制中有较广泛的应用。由于现代产业对控制系统的精度、快速性、抗扰性等方面的要求不断提高,结合PMSM强耦合、多变量的复杂非线性特性以及汽车行驶过程灰尘、砂石、泥水等路况复杂变化,需要提高电驱动系统的快速性和抗扰动性。因此,对电动汽车PMSM直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)驱动技术进行改进和优化具有重要意义。本文针对PMSM直接转矩控制的快速性与超调无法兼顾的矛盾,将自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)技术植入PMSM直接转矩控制过程,在保持PID调速的快速性前提下,提高系统的抗扰动能力,抑制启动和调速过程中的超调;针对PMSM转矩和磁链脉动较大问题,运用模型预测转矩控制算法(Model Predictive Torque Control,MPTC)优化直接转矩控制的电压矢量选择方法,使得控制器的备选电压矢量不再离散,来抑制直接转矩控制PMSM的转矩和磁链脉动。首先,建立PMSM驱动模型,阐述直接转矩控制原理,仿真剖析直接转矩控制稳态及动态的性能不足;分析常用抗扰动控制算法的抗干扰能力的不足,选择ADRC为本文的抗扰动算法;分析常用滞环比较器的代替方案的不足,选择模型预测控制来改善系统的转矩和磁链脉动。其次,根据自抗扰控制原理和PMSM数学模型,构建以为转速输入、转矩为输出的一阶非线性ADRC数学模型,搭建电机DTC速度环的ADRC控制器;针对ADRC参数复杂、不便于调试和整定的问题,采用模糊控制对ADRC控制器参数在线自适应整定;建立基于模糊控制的DTC速度环ADRC控制器,并进行抗扰性和超调性验优。再次,针对传统PMSM单矢量模型预测控制策略和改进的双矢量模型预测控制策略遍历评价基本电压矢量寻优过程计算量大及/或权重因子难以整定问题,研究磁链和转矩无差拍补偿的最佳电压矢量的预测方法,采用空间电压矢量调制合成最优电压矢量,根据最佳电压矢量的预测值产生触发脉冲,实现一种无评价环节优选电压矢量的电机DTC模型预测控制方法,并进行稳态和动态性能验优。最后,设计并搭建基于TI公司TMS320F28335的永磁同步电机实验平台,试验验证基于模糊ADRC的三矢量MPDTC策略在抗扰性、响应快速性、超调量抑制、磁链脉动抑制、转矩脉动抑制和算法时长方面的有效性或优越性;设计并搭建PMSM电动汽车的Carsim-Simulink联合仿真模型,以滑移率和横摆角速度为评价指标,验证基于模糊ADRC的三矢量MPDTC策略在水泥路面和冰面路况下电动汽车整车差速控制的有效性和优越性。
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